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《物质与结构》教材中边缘、异常知识解析

2018-11-18梁冬冬

学校教育研究 2018年10期
关键词:能级液晶紫外线

梁冬冬

一、原子结构与性质

1.第一电离能的变化规律原因

在第一电离能的变化规律这一知识点的讲解上,由于大多数教师对其规律产生的原因模糊不清,所以仅要求学生死记硬背,以应付高考,但这种教学方式并没有得到很好的效果,学生记忆的内容更加混乱。针对这种现象,现将其变化规律的原因进行挖掘、理清。

原因:随着原子半径的增大,使得核对外层电子的引力减少,从而第一电离能依次减小。但也有与规律不一致的元素:Be和B、N和O、Mg和Al。Be为2s2稳定的电子构型,B失去一个电子可得到2s22p0的稳定结构,所以B的第一电离能反而比Be低;N原子有较高的电离能,因为它为半充满的p3结构;O原子的电离能有地域N原子,因其失去一个电子可得半充满的p3结构。Mg与Al、P与S之间出现的曲折变化也是同样的道理。而过渡金属相邻元素的第一电离能差别较小。

2.电子排布异常现象

在学习电子排布时,许多学生对于元素周期表中铜、银、金等元素的电子排布存在很多疑问,教师只是简单说明是根据能量最低原理进行排布的。而对于许多对化学知识感兴趣的同学,教师却不能满足其深层次的求知欲望。针对这种现象,对其知识内容作以下补充:

同一电子层之间有电子的相互作用,不同电子层之间也有相互作用,这种相互作用称为“钻穿效应”,而其直接结果就是上一电子层的d能级的能量高于下一电子层s的能量。即,d层和s层发生交错,f层与d层和s层都会发生交错。所以,第15-20号元素之间出现能及交错现象,即E4s

二、分子结构与性质

π键的应用:

防晒霜分为两种,一种为物理防护,另一种是化学防护。物理防护:就是利用物理学原理,这种防晒霜的原子微粒是片状的,当在脸上涂开的时候,就象镜子一样,反射阳光。而化学防护就是利用π键中的π电子可以吸收紫外线并被激发。所以,含有π键的化合物有抵御紫外线的功能,防晒霜正是利用了这个原理防护紫外线对人的伤害。

苯分子中的大π键共轭π键具有特殊的稳定性,例如苯环中存在6中心6电子的大π键,显现出芳香性,不易发生加成和氧化反应,而易发生亲电取代。而我们最常见的石墨,它每一层都有一个无穷大的π键,电子在这个超大π键中可以自由移动,类似于金属键,这也是石墨可以横向导电的原因,而层与层之间为范德华力。所以石墨是集共价键、金属键、范德华力结合的混合型晶体。

对于化学知识的应用一直是教师讲授过程中的“黑暗地带”,所以教师在教学过程中应更加关注此方面的传授,是学生不仅学会化学知识,更要结合生活实际,体会化学的精彩,从而培养学生对化学的学习兴趣以及正确的价值观。

三、晶体的结构与性质

1.液晶与等离子

我们常见的相态有气、液、固,而等离子和液晶是比较陌生的。

液晶:是一种介于固态和液态之间的物质,如果把它加热会呈现透明状的液体状态,把它冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态。它兼有液体和晶体的流动性、各向异性等性质。液晶材料主要是具有规则性分子排列的有机化合物,例如:脂肪族、芳香族、硬脂酸等。液晶也存在于生物结构中,日常适当浓度的肥皂水溶液就是一种液晶。

用于液晶显示器的液晶分子结构排列类似细火柴棒,采用此类液晶制造的 液晶显示器也就称为LCD(Liquid Crystal Display)。而液晶电视是在两张玻璃之间的液晶内,加入电压,通过分子排列变化及曲折变化再现画面,屏幕通过电子群的冲撞,制造画面并通过外部光线的透视反射来形成画面。但液晶电视动态清晰度不高,这主要是因为液晶分子的偏转速度有限,所以液晶电视会出现拖尾的现象;液晶电视或多或少都存在漏光的现象,在全黑的环境下看的尤其清楚。正因为漏光的问题,液晶电视对黑色的呈现都不够深,并且对比度相對于等离子电视也不够高,所以往往画面层次感不够强。

等离子态:当电离过程频繁发生,使电子和离子的浓度达到一定的数值时,物质的状态也就起了根本的变化,它的性质也变得与气体完全不同。为区别于固体、液体和气体这三种状态,我们称物质的这种状态为物质的第四态,又起名叫等离子态。

等离子态下的物质具有类似于气态的性质,比如良好的流动性和扩散性。但是,由于等离子体的基本组成粒子是离子和电子,因此它也具有许多区别于气态的性质,比如良好的导电性、导热性。

等离子电视的工作原理与日光灯很相似,就是将等离子体(惰性气体Ne、He、Xe)填充到两片玻璃体之间,当向电极上加入电压,放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生紫外线,紫外线激发荧光屏,荧光屏发射出可见光,显现出图像。当使用涂有三原色(也称三基色)荧光粉的荧光屏时,紫外线激发荧光屏,荧光屏发出的光则呈红、绿、蓝三原色。当每一原色单元实现256级灰度后再进行混色,便实现彩色显示。

2.物质呈现不同颜色的原因

这部分的内容比较难,并且高考中很少涉及,自身还有许多不熟之处,所以教师通常只一带而过。但若想满足课程标准,教师还需努力,加强自身知识体系的完整。

物质呈现不同颜色的原因有很多种,但普遍认同晶体场理论。晶体场理论认为,这些配离子的形成体由于d 轨道未填满,有未成对电子,d 电子吸收光能在低能级的d 轨道到高能级的d 轨道之间发生电子跃迁,这种跃迁称d -d 跃迁,其相应的能量间隔一般在10000~40000cm,相当于可见光及近紫外光区的波长范围。

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